竹材表面仿生功能構(gòu)建及形成機理研究.pdf

1、仿生自然界生物體某一功能構(gòu)筑新型材料已成為當今社會研究熱點和重點，已滲透至自然科學和工程技術的方方面面。竹材作為一種速生、可再生的最有可能替代木材的材料之一，具有強度高、韌性大、剛性好、易加工等特征，但又存在易吸濕變形、易蟲蛀、腐朽和霉變、易光致變色、易燃燒等缺陷，而傳統(tǒng)方法如浸漬或者機械刷涂等雖能部分解決上述問題，但依然存在涂于竹材表面時易發(fā)生材料流失嚴重、與基體界面結(jié)合牢固性差等不足，并且不能賦予竹材新的奇異功能。因此，該論文是在傳

2、統(tǒng)研究結(jié)果基礎上，依據(jù)仿生學原理并結(jié)合納米制造技術，在竹材表面設計生長了ZnO、Ag、CaCO3等各種納米晶體，解決了竹材易吸濕變形、易燃燒、易光致變色、易腐朽等固有缺陷，賦予竹材超疏水、超疏油、耐酸堿、自清潔、導電、降解有機物等新的奇異功能，主要研究結(jié)論如下：
　　（1）對竹材表面功能性ZnO納米結(jié)構(gòu)仿生構(gòu)建工藝進行了探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用低溫水熱法可在竹材表面制備6種形態(tài)的纖鋅礦納米ZnO：類球狀、顆粒狀、針狀、草坪狀、蘭花狀以及

3、納米片狀。ZnO的形態(tài)受水熱溫度和時間的影響很大，ZnO納米材料在50℃及以上的溫度生長量明顯，在105℃及以上的溫度能夠使竹材表面生成的ZnO晶體溶解；隨著反應時間的增加，ZnO納米晶體的生長量先逐漸增加，后隨著時間延長逐漸溶解；一定濃度的 OH-對ZnO納米材料的成核和形成起到至關重要的作用；不同鋅鹽前驅(qū)溶液對竹材表面生成的 ZnO納米形態(tài)沒有明顯影響。本實驗較適宜的生長條件：水熱溫度為95℃、反應時間為1h、NaOH和ZnAc摩爾

4、比為20:1。
　　（2）竹材本身不具有自降解有機物功能，本章通過仿生自降解功能制備了ZnO/竹材復合光催化劑，對制備的負載有交聯(lián)的 ZnO納米壁的竹材試樣在紫外燈照射下進行了催化羅丹明B實驗。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：制備的竹材試樣具有優(yōu)越的光催化性能，在相同的試驗時間內(nèi)，催化效率可以P25相當，且同一試樣重復循環(huán)使用3次之后，光催化效率依然可達70％。
　?。?）本章節(jié)通過仿生荷葉超疏水功能，利用含氟物質(zhì)在竹材表面成功制備了超雙疏薄

5、膜。對制備的負載有玫瑰花狀結(jié)構(gòu) ZnO納米材料的竹材試樣進一步利用氟硅烷（FAS-17）表面改性，開發(fā)了一種耐久、抗腐蝕、超雙疏的 ZnO/竹材復合材料。經(jīng)FAS-17處理后的竹材試樣不僅具有超雙疏性質(zhì)，而且對油和腐蝕性液體也有了很好的抗腐蝕性；對油與水的接觸角均大于150°；當試樣被放置于空氣中兩個月后或者浸入pH值為1的鹽酸溶液或pH值為14的氫氧化鈉溶液中以50℃的條件加熱3小時后，其依舊保持超疏水性，對水的接觸角均大于150°。

6、
　　（4）本章節(jié)對具有荷葉超疏水表面竹材的性能做了進一步分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)FAS-17處理之后的ZnO/竹材復合材料同時具有了拒水性、抗紫外性和耐燃性。處理之后的竹材試樣不僅具有耐久的超疏水特性，而且還對模擬的酸雨具有良好的抵抗性能，接觸角可達152°。另外，這種方法處理過的竹材熱穩(wěn)定性明顯提高，同時也存在優(yōu)越耐火和抗紫外性能。
　?。?）竹材本身是絕緣體，本章通過仿生導電功能以及仿生荷葉超疏水功能制備了既導電又疏水的竹材。

7、利用銀鏡反應先在竹材表面制備一層規(guī)整的Ag納米粒子，這些Ag納米粒子不僅在竹材表面構(gòu)筑了粗糙的表面，為制備超疏水的竹材表面提供了基礎，而且還賦予了竹材金屬的特性---導電性。制備的超疏水竹材不僅能夠抵抗整個pH范圍內(nèi)的溶液，還能夠經(jīng)受住強烈的攪拌和蒸煮，依舊保持疏水性和導電性。
　?。?）本章節(jié)模擬貝殼海水自礦化過程，利用水熱礦化法在竹材表面仿生鮑魚殼制備了層狀CaCO3涂層，實驗發(fā)現(xiàn)通過預置晶種以及進一步在溫度為50℃反應24h